El estiramiento de varillas de acero se refiere al proceso de dar forma a una varilla simple o en bruto con un diámetro mayor a una varilla con un diámetro menor, y en realidad, la varilla simple con un diámetro mayor se estira hasta alcanzar el diámetro deseado. Además, el estiramiento de varillas es un proceso que crea tensión en la varilla y se realiza para aumentar su resistencia y durabilidad frente a fuerzas de tracción.

El estiramiento de varillas se lleva a cabo utilizando máquinas modernas y de alta precisión. La forma del molde de estiramiento puede ser redonda, hexagonal (seis lados), cuadrada (cuatro lados) y … según su aplicación, donde la varilla en bruto, después de pasar a través del molde, toma la forma deseada y, tras completar el proceso, se le denomina varilla de transmisión o varilla trans. Sus productos incluyen varios tipos de varillas trans (estiradas en aceite, pulido simple, pulido doble o rectificado, con rodamientos y …) y varillas hexagonales o hexagonales trans y varillas cuadradas o cuadradas trans y cintas trans.

Entre las principales empresas de estiramiento de varillas en Teherán, se puede mencionar a Pars Estiramiento Preciso como uno de los pioneros en la industria de estiramiento de varillas con más de 30 años de experiencia, que siempre ha sido capaz de estirar varillas y producir varios tipos de varillas estiradas con una precisión muy alta, en décimas y centésimas, según las necesidades del usuario y la calidad de exportación.

El estiramiento de varillas tiene varios tipos diferentes, y a continuación nos enfocaremos en los principales, que son el estiramiento en caliente y el estiramiento en frío, así como las ventajas de cada uno.

Estiramiento en caliente (Hot Rolling)

Es un proceso en el que la varilla se somete a altas temperaturas y se estresa utilizando máquinas especiales.

Etapas del estiramiento en caliente

1- Calentamiento inicial: Primero, las varillas se calientan en un horno especial a altas temperaturas, alrededor de 950 a 1050 grados centígrados, lo que provoca que la varilla se ablande y acelere el proceso de conformado.

2- Laminado en caliente: En la segunda etapa, las varillas calentadas pasan entre rodillos especiales de laminado. Estos rodillos aplican presión continuamente sobre las varillas, provocando cambios en su forma y tamaño, y este proceso puede repetirse varias veces hasta alcanzar la forma y el tamaño deseados.

3- Enfriamiento: Después del laminado, las varillas se enfrían rápidamente. Este proceso puede realizarse de manera natural, en contacto con aire libre, o de manera controlada, utilizando agua y aire. Acelerar el enfriamiento de las varillas aumenta su resistencia.

Ventajas del estiramiento en caliente

Flexibilidad: Las varillas producidas mediante estiramiento en caliente tienen mayor flexibilidad y son más resistentes a la fractura.

Alta resistencia: Este tipo de estiramiento aumenta la dureza y la resistencia de la varilla.

Aceleración en la producción: En el estiramiento en caliente, gracias al uso de altas temperaturas y máquinas de laminado, el proceso de producción se realiza rápidamente, lo que resulta en la producción masiva de varillas.

Aplicaciones del estiramiento en caliente

El estiramiento en caliente se utiliza en grandes proyectos, tanto de construcción como industriales, que requieren varillas de alta resistencia. Por ejemplo, en la construcción de puentes, torres, represas y otras estructuras grandes y resistentes.

Estiramiento en frío (Cold Drawing)

El estiramiento en frío es un proceso en el que la varilla se somete a tensión sin necesidad de calentarse y a temperatura ambiente. Este método se utiliza principalmente para producir varillas de pequeño diámetro y con alta precisión en dimensiones y propiedades mecánicas específicas.

Etapas del estiramiento en frío

Limpieza de la varilla: Antes del estiramiento, la varilla debe limpiarse para eliminar cualquier óxido, aceite y contaminantes superficiales. Esto se realiza mediante métodos químicos o mecánicos.

Estiramiento de la varilla: Después de limpiar las varillas, se pasan a través de moldes utilizando máquinas de estiramiento especiales. Este proceso reduce el diámetro de la varilla y aumenta su longitud. El proceso de estiramiento puede realizarse en una o varias etapas para obtener el resultado deseado en cuanto a dimensiones y diámetro.

Desestresado: Después del estiramiento, la varilla se somete a un tratamiento térmico para eliminar las tensiones internas y mejorar sus propiedades mecánicas.

Ventajas del estiramiento en frío

Superficie lisa: Las varillas estiradas de esta manera tienen una superficie más lisa y uniforme, lo que es una de sus características destacadas.

Alta precisión en dimensiones: La producción de varillas con alta precisión en diámetro y dimensiones es una aplicación específica y sensible del estiramiento en frío de varillas.

Mejora de las propiedades mecánicas: Las varillas estiradas por el método en frío tienen alta resistencia y dureza, y son más resistentes a fuerzas mecánicas y externas.

Aplicaciones del estiramiento en frío

Este tipo de varilla tiene diversas aplicaciones en diferentes industrias. Las industrias automotriz, de maquinaria y de construcción son algunas de las que utilizan varillas estiradas.

Estiramiento de varillas o perforación de varillas

Cuando el metal se somete a una fuerza de tracción en la salida o detrás del molde, el proceso de conformado se llama estiramiento o perforación.

La fuerza necesaria para el estiramiento o perforación depende de la reducción de la sección transversal, el ángulo del molde cónico y la fricción. Después de el desbaste, las varillas están listas para el estiramiento. Las varillas se llevan a la sección de estiramiento y la punta desbastada se pasa fácilmente a través del molde de estiramiento, y la pinza de estiramiento, que es soportada por un potente reductor con un cable de acero, agarra la punta desbastada de la varilla y, con gran fuerza, obliga a la varilla con un diámetro mayor a pasar a través del agujero del molde.

Por ejemplo, una varilla laminada con un diámetro aproximado de 14 milímetros se convierte en una varilla de 11.75 con una tolerancia de 0.01 milímetros. El estiramiento de varillas o perforación de varillas reduce el diámetro de la varilla y aumenta su longitud. Por lo tanto, cuanto más se reduzca el diámetro de la varilla en comparación con el diámetro inicial, más longitud tendrá la varilla estirada.

Este cambio de longitud se puede calcular exactamente según la tabla siguiente. En esta tabla se presenta el peso de un kilogramo de hierro por metro para diferentes diámetros y en tres secciones circulares, cuadradas y hexagonales.

Por ejemplo, una varilla de 10 milímetros de diámetro tiene un peso de 0.617 kilogramos por metro según la tabla, y al convertir y estirar a una varilla de 8 milímetros de diámetro, cuyo peso por kilogramo por metro es 0.395, se calcula de la siguiente manera: un metro de varilla de 8 milímetros pesa 0.395 kilogramos. Ahora, ¿cuántos metros son 0.617 kilogramos de varilla de 8 milímetros? 0.395 1 metro de 8 0.617 Kg/m? metros de 8 1.56 = ? 0.56 metros de cambio de longitud.

En casos donde se desee estirar secciones no circulares o incluso en casos donde se consideren superficies no geométricas e irregulares, se debe conformar el perfil deseado a través de conformado en frío o laminado en caliente, en dimensiones aproximadamente un quince por ciento mayores que el tamaño final antes del estiramiento.

En tales casos, el cálculo de los ángulos de entrada del molde de estiramiento y la consideración de la fuerza de tracción uniforme sobre la sección del perfil son muy importantes. Se debe tener en cuenta que antes del estiramiento, generalmente se necesita un recocido adecuado y la eliminación de las capas superficiales antes de realizar el estiramiento.

Para algunos metales que son ricos en carbono o tienen elementos resistentes, también se debe realizar un proceso de recocido después del estiramiento para llevar a cabo operaciones de alisado y, posiblemente, rectificado o mecanizado relacionados.

En general, en las mejores condiciones y el método más óptimo, la reducción de la sección transversal no debe exceder del 20 al 22 por ciento, aunque en la práctica estas cifras se limitan a alrededor del 15 por ciento. En el estiramiento de secciones redondas finas, se estiran diámetros de una centésima de milímetro con una precisión extraordinaria.

Preparación de metales y estiramiento

El estiramiento longitudinal de metales es uno de los métodos principales para preparar metales para aplicaciones industriales. En este método, el ángulo del molde y sus dimensiones determinan la forma y la calidad del producto final. El estiramiento generalmente se realiza a temperatura ambiente y sin necesidad de calentar el metal, siendo la única excepción el estiramiento de tungsteno, que se utiliza para filamentos de lámparas térmicas.

El estiramiento de metales se puede realizar en varias etapas sin necesidad de recocido, aunque el número de estiramientos y el grado de reducción de la sección transversal dependen directamente del tipo de metal y las aleaciones utilizadas.

Una de las ventajas más notables del estiramiento en frío, que ha llevado a su expansión en la industria, es la precisión y uniformidad de la superficie después del estiramiento y la velocidad de producción.

Además de las ventajas mencionadas, en algunos metales como el aluminio y el cobre, la compresión de la superficie es esencial para preparar para operaciones posteriores, lo que se realiza a través de laminado o estiramiento, o finalmente laminado y estiramiento.

En algunos casos, incluso se utiliza el estiramiento de varillas para dar forma y preparar la superficie de plásticos específicos e incluso para recubrir un metal sobre otro, llamado núcleo. Por ejemplo, se utiliza estiramiento en frío para recubrir cobre sobre una barra de hierro para su uso como varilla de puesta a tierra.

Proceso de estiramiento de varillas | Fricción y lubricación adecuadas entre el molde y la varilla

En la conformación de metales, las condiciones de fricción entre el molde y la varilla son muy importantes y dependen de factores como la fuerza, la forma en que se modifica la forma, las propiedades finales de la muestra, la rugosidad de la superficie, etc.

El material del molde de estiramiento debe ser una aleación llamada tungsteno, y para la lubricación y enfriamiento durante el paso de la varilla a través del molde, se utiliza aceite de estiramiento.

La tensión de fricción (Ƭ) se mide en unidades de fuerza por unidad de área de contacto. El área de contacto es el límite del metal deformado. Por lo tanto, la tensión de fricción o resistencia es la misma que la tensión cortante en su límite.

El proceso de estiramiento de varillas | El mecanismo de fricción es un fenómeno complejo y depende de muchas variables, como el tipo de material, el tamaño y el diámetro de la varilla, la velocidad de deformación, la temperatura y las condiciones climáticas, etc.

Para un lubricante específico, generalmente se utilizan tres modelos para describir su efecto: hidrodinámico, lubricación de frontera y lubricación hidroestática.

En la lubricación hidroestática, que es común en la conformación de metales, el lubricante se atrapa en la superficie de la muestra en forma de muchas pequeñas cápsulas al entrar en contacto con la herramienta.

En la deformación plástica del metal, la superficie de la varilla se retuerce y toma el papel de la superficie del molde. Por lo tanto, el área de contacto real se relaciona con la adherencia especial de la superficie de contacto y no se puede despreciar como en el caso de la deformación elástica.

El proceso de estiramiento de varillas, por lo tanto, la fricción en la deformación plástica es necesariamente diferente de la fricción deslizante en las piezas de la máquina. Sin embargo, las altas velocidades relativas entre la pieza de trabajo y la superficie de la herramienta, junto con la alta presión en la interfaz o en modos de deformación pesada, provocan la ruptura de la película superficial, permitiendo que una nueva superficie entre en contacto con la herramienta.

Por lo tanto, se facilita el contacto adhesivo, y en tal caso, el metal en deformación no se desliza a lo largo de la superficie de la herramienta, aunque la suposición de que no hay deslizamiento entre la pieza de trabajo (varilla) y la herramienta (molde) también es incorrecta.

Para tal mecanismo compuesto de fricción, que generalmente ocurre en la conformación de metales, la fricción es una función de deslizamiento y adherencia. Por lo tanto, se obtiene la siguiente ecuación de corte: [P+ AØ]µ = Ƭ

Para dar forma y dimensionar varillas y otras secciones metálicas, es necesario que pasen a través de un molde específico y, por supuesto, cumplir con las condiciones requeridas antes del estiramiento de la varilla. Uno de los procesos más importantes de producción después del laminado en caliente de metales es realizar el estiramiento en frío para preparar el metal para su uso en la industria. Este método, dado que tiene superficies pulidas y precisas, ha sido común en la industria durante mucho tiempo.

En esencia, el método inicial de reducción del diámetro del metal, especialmente en el caso de metales preciosos como el oro y la plata, ha sido común desde hace mucho tiempo a través del estiramiento, aunque de manera dispersa y basada en experiencias personales en talleres de orfebrería, se ha realizado de manera especializada. Es evidente que en este nivel, la producción era muy limitada y se limitaba a satisfacer las necesidades individuales de quienes lo practicaban durante años de manera rudimentaria y que satisfacían las necesidades de su tiempo.

El papel del parámetro delta en el proceso de estiramiento de alambres

El parámetro delta se considera un parámetro importante para expresar el efecto de la geometría de la zona de deformación en el proceso de estiramiento de alambres.

Δ representa la relación entre el área de deformación perpendicular al eje de estiramiento (h) y el área de deformación paralela al eje de estiramiento (L) (h/L). Esta relación es, de hecho, el diámetro promedio en la zona cónica, dividido por la longitud de esta zona. h=h0-h1 y αL=h/2sin en función del medio ángulo del molde (α) y la cantidad de reducción de la sección transversal (r), se puede estimar el valor de delta como la expresión /r)][1+(1-r)1/2 ]2α [(donde α se mide en radianes y r se expresa como porcentaje de reducción de la sección transversal del alambre dividido por 100).

En los procesos de estiramiento tradicionales y comunes, los valores de delta oscilan entre 2.5 y 3, mientras que en el sistema de estiramiento nuevo, este valor es menor o igual a 1.5. En otras palabras, cuanto menor sea el ángulo del molde y mayor sea la reducción de la sección transversal, menor será el valor de delta.

El importante papel de delta se puede explicar en el proceso de estiramiento de alambres y su efecto en la prevención y limitación de defectos como la aparición de grietas en el centro del alambre (center-burst) y grietas en forma de chevrón (chevrons cracks), donde valores de delta iguales o menores a 1.5 minimizan el crecimiento de las grietas en forma de chevrón.

En general, los bajos valores de delta en los procesos de estiramiento de alambres minimizan el trabajo adicional necesario para el proceso de recocido, la presión del molde y el desgaste del molde. Además, cuando la lubricación se realiza adecuadamente, un bajo valor de delta puede reducir el coeficiente de fricción.

La fórmula de delta permite que los efectos del ángulo del molde y la cantidad de reducción de la sección transversal se combinen de manera efectiva, y con cambios en la reducción de la sección transversal y el ángulo del molde, se pueden crear condiciones óptimas para el estiramiento de alambres.

Una desventaja de los bajos valores de delta es que se requiere moldes con núcleos más largos, y la cantidad de fricción también aumenta en situaciones donde las condiciones de lubricación son adecuadas y críticas.

Por lo tanto, se puede elegir un valor de delta adecuado:

Reducir significativamente la presión sobre los moldes de estiramiento y, como resultado, la probabilidad de fallo de los moldes.

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